DE-102020107643-B4 - Spannvorrichtung und Koordinatenmessgerät

Abstract

Spannvorrichtung (10) zum Fixieren eines Werkstücks (18), aufweisend: - einen Grundkörper (12); - eine mit dem Grundkörper (12) verbundene oder in diesem ausgebildete Werkzeugaufnahme (16), die ein Durchgangsloch (20) zur Aufnahme des Werkstücks (18) aufweist; - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, erste fixe Spannbacke (24a); - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, zweite fixe Spannbacke (24b); - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, dritte fixe Spannbacke (24c); - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, erste bewegliche Spannbacke (26a), die zwischen der ersten fixen Spannbacke (24a) und der zweiten fixen Spannbacke (24b) angeordnet ist; - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, zweite bewegliche Spannbacke (26b), die zwischen der zweiten fixen Spannbacke (24b) und der dritten fixen Spannbacke (24c) angeordnet ist; - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, dritte bewegliche Spannbacke (26c), die zwischen der dritten fixen Spannbacke (24c) und der ersten fixen Spannbacke (24a) angeordnet ist; und - eine Spannmutter (36), welche die drei fixen Spannbacken (24a, 24b, 24c) und die drei beweglichen Spannbacken (26a, 26b, 26c) umgibt und dazu ausgestaltet ist, bei Drehung der Spannmutter (36) eine Kraft auf die drei beweglichen Spannbacken (26a, 26b, 26c) auszuüben, wobei die drei fixen Spannbacken (24a, 24b, 24c) und die drei beweglichen Spannbacken (26a, 26b, 26c) integral mit dem Grundkörper (12) verbunden und durch Schlitze (28) voneinander getrennt sind.

Inventors

• Orhan Celepci
• Jörg-Peter Eßwein

Assignees

• CARL ZEISS INDUSTRIELLE MESSTECHNIK GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20200319

Claims (13)

1. Spannvorrichtung (10) zum Fixieren eines Werkstücks (18), aufweisend: - einen Grundkörper (12); - eine mit dem Grundkörper (12) verbundene oder in diesem ausgebildete Werkzeugaufnahme (16), die ein Durchgangsloch (20) zur Aufnahme des Werkstücks (18) aufweist; - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, erste fixe Spannbacke (24a); - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, zweite fixe Spannbacke (24b); - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, dritte fixe Spannbacke (24c); - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, erste bewegliche Spannbacke (26a), die zwischen der ersten fixen Spannbacke (24a) und der zweiten fixen Spannbacke (24b) angeordnet ist; - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, zweite bewegliche Spannbacke (26b), die zwischen der zweiten fixen Spannbacke (24b) und der dritten fixen Spannbacke (24c) angeordnet ist; - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, dritte bewegliche Spannbacke (26c), die zwischen der dritten fixen Spannbacke (24c) und der ersten fixen Spannbacke (24a) angeordnet ist; und - eine Spannmutter (36), welche die drei fixen Spannbacken (24a, 24b, 24c) und die drei beweglichen Spannbacken (26a, 26b, 26c) umgibt und dazu ausgestaltet ist, bei Drehung der Spannmutter (36) eine Kraft auf die drei beweglichen Spannbacken (26a, 26b, 26c) auszuüben, wobei die drei fixen Spannbacken (24a, 24b, 24c) und die drei beweglichen Spannbacken (26a, 26b, 26c) integral mit dem Grundkörper (12) verbunden und durch Schlitze (28) voneinander getrennt sind.
2. Spannvorrichtung (10) zum Fixieren eines Werkstücks (18), aufweisend: - einen Grundkörper (12); - eine mit dem Grundkörper (12) verbundene oder in diesem ausgebildete Werkzeugaufnahme (16), die ein Durchgangsloch (20) zur Aufnahme des Werkstücks (18) aufweist, wobei sich das Durchgangsloch (20) der Werkzeugaufnahme (16) entlang einer Längsachse (22) erstreckt, entlang derer das Werkstück (18) in die Werkzeugaufnahme (16) einführbar ist; - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, erste fixe Spannbacke (24a); - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende, zweite fixe Spannbacke (24b); und - eine das Durchgangsloch (20) zumindest teilweise umgebende oder in dieses hineinragende, erste bewegliche Spannbacke (26a); wobei die erste fixe Spannbacke (24a), die erste bewegliche Spannbacke (26a) und die zweite fixe Spannbacke (24b) entlang der Längsachse (22) derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass die erste bewegliche Spannbacke (26a) in Längsrichtung zwischen der ersten fixen Spannbacke (24a) und der zweiten fixen Spannbacke (24b) angeordnet ist.
3. Spannvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2 , wobei die erste fixe Spannbacke (24a) und die zweite fixe Spannbacke (24b) unbeweglich gegenüber dem Grundkörper (12) sind, und wobei die erste bewegliche Spannbacke (26a) gegenüber dem Grundkörper (12) beweglich ist.
4. Spannvorrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei sich das Durchgangsloch (20) der Werkzeugaufnahme (16) entlang einer Längsachse (22) erstreckt, entlang derer das Werkstück (18) in die Werkzeugaufnahme (16) derart einführbar ist, dass dieses im in der Spannvorrichtung (10) fixierten Zustand durch die Spannvorrichtung (10) hindurchragt.
5. Spannvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 4 , wobei die Querschnittsfläche des Durchgangslochs (20) entlang der Längsachse (22) abnimmt.
6. Spannvorrichtung gemäß Anspruch 5 , wobei die erste fixe Spannbacke (24a) eine erste Anlagefläche (30a) zur Anlage an dem Werkstück (18) aufweist, deren Abstand von der Längsachse (22) entlang der Längsachse (22) abnimmt.
7. Spannvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 - 6 , wobei die erste fixe Spannbacke (24a) eine erste Anlagefläche (30a) zur Anlage an dem Werkstück (18) aufweist, die als Freiformfläche, welche vorzugsweise an die Außenkontur des Werkstücks (18) angepasst ist, ausgestaltet ist.
8. Spannvorrichtung gemäß Anspruch 4 , wobei die drei fixen Spannbacken (24a, 24b, 24c) und die drei beweglichen Spannbacken (26a, 26b, 26c) in einer Umfangsrichtung um die Längsachse (22) herum nebeneinander angeordnet sind.
9. Spannvorrichtung gemäß Anspruch 2 , wobei die erste fixe Spannbacke (24a) und die zweite fixe Spannbacke (24b) jeweils ringförmig ausgestaltet sind und das Durchgangsloch (20) jeweils vollständig umgeben.
10. Spannvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 9 , wobei die Spannvorrichtung (10) ein Spannelement (34) aufweist, das dazu ausgestaltet ist, die erste bewegliche Spannbacke (26a) relativ zu dem Grundkörper (12) zu bewegen, um das Werkstück (18) in der Werkzeugaufnahme (16) zu fixieren.
11. Spannvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 - 10 , wobei die Spannvorrichtung (10) durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist.
12. Spannvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 - 11 , mit dem Werkstück (18), wobei eine Innenkontur des Durchgangslochs (20) der Werkzeugaufnahme (16) zumindest eine Freiformfläche aufweist, deren Form einer Form einer zu der Außenkontur des Werkstücks (18) gehörenden Freiformfläche entspricht.
13. Koordinatenmessgerät (100), aufweisend: - eine Spannvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 - 12 ; und - einen Messsensor (50) zur Messung des Werkstücks (18).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Fixieren eines Werkstücks. Derartige Spannvorrichtungen werden häufig auch allgemein als Spannmittel bezeichnet. Sie dienen in der Fertigungstechnik zum Fixieren (Ein- oder Festspannen) eines Werkstücks oder Werkzeugs während eines Bearbeitungsprozesses. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung eignet sich insbesondere zur Anwendung im Umfeld der dimensionellen Messtechnik. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein Koordinatenmessgerät mit einer solchen Spannvorrichtung und einem Messsensor zur Messung des in der Spannvorrichtung fixierten Werkstücks. Spannvorrichtungen, die beispielsweise als Spannzangen ausgestaltet sein können, sind im Stand der Technik bereits vielfältig bekannt. Sie dienen im Wesentlichen dem Ein- oder Festspannen von Werkstücken mit zylindrischen Außenkonturen. Konisch geformte Werkstücke oder Werkstücke mit Freiformgeometrieen können mit herkömmlichen Spannzangen nur sehr schlecht gespannt werden. Rein geometriebedingt wäre eine Einspannung eines solchen komplex geformten Werkstücks mit einer herkömmlichen Spannzange relativ instabil, da die Spannzangen meist zylindrisch ausgestaltet sind und daher nur bedingt zur Außenkontur derartiger Werkstücke passen. Grundsätzlich ist es natürlich möglich, die Geometrie des Spannmittels an die Außenkontur des jeweils einzuspannenden Werkstücks anzupassen. Eine derart komplex geformte Spannvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2007 049 862 A1 bekannt. Auch die DE 10 2015 114 582 A1 zeigt eine solche Spannvorrichtung, deren Spanngeometrie an die Außenkontur des jeweils einzuspannenden Werkstücks angepasst ist. Derartige Vorrichtungen sind jedoch nur sehr aufwändig herstellbar und damit relativ kostenintensiv. Herkömmliche spanende Herstellungsverfahren eignen sich meist nur schlecht zur Herstellung derartiger Spannvorrichtungen. Weitere beispielhafte Spannvorrichtungen sind aus der CN 1109399A, der US 4,930,955 A, der DE 103 40 052 A1, der DE 100 51 556 B4, der WO 2009/132426 A1, der US 2014/0001714 A1 und der DE 103 13 015 A1 bekannt. Ein weiteres Problem bei der Einspannung von konisch geformten Werkstücken oder Werkstücken mit Freiformgeometrie besteht darin, dass herkömmliche Spannmittel für derartige Werkstücke meist keine exakte axiale Positionierung des Werkstücks erlauben. Derartige Ungenauigkeiten können insbesondere in der dimensionellen Messtechnik nicht geduldet werden. In der dimensionellen Messtechnik bestehen zum Teil sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Messung. Diese hängt unmittelbar von der Genauigkeit der Einspannung des zu vermessenden Werkstücks ab. Das zu vermessende Werkstück muss daher stabil und wiederholgenau auf einer bestimmten Position gehalten werden. Zudem ist es wichtig, dass das zu vermessende Werkstück trotz seiner Einspannung gut zugänglich ist. In Koordinatenmessgeräten werden Werkstücke beispielsweise im Rahmen einer Qualitätssicherung überprüft oder die Geometrie eines Werkstücks vollständig im Rahmen eines sogenannten „reverse engineering“ ermittelt. Darüber hinaus sind vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar. Während der Messung mittels eines Koordinatenmessgerätes wird das Werkstück mithilfe eines taktilen Tastsensors und/oder mittels eines optischen Sensors an verschiedenen Stellen der Oberfläche oder gesamthaft abgetastet. Während dieser Abtastung werden die Koordinaten der einzelnen Abtastpunkte erfasst. Diese können letztendlich in einem Modell des Werkstücks zusammengeführt werden, anhand dessen beispielsweise überprüft werden kann, ob das Werkstück korrekt hergestellt wurde. Das zu vermessende Werkstück bleibt während der Messung meist unbewegt. Es ist jedoch einfach nachvollziehbar, dass die Art der Einspannung des Werkstücks einen wesentlichen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung hat. Ebenso ist es wichtig, dass das Werkstück wiederholgenau in der Spannvorrichtung eingespannt ist, um Messungen beispielsweise wiederholen zu können, ohne dass dies zu anderen Messergebnissen führt. Ein weiterer wichtiger Punkt zur Realisierung einer solchen Wiederholgenauigkeit ist das Vorsehen eines Axialanschlags. Dies ist jedoch, wie bereits erwähnt, bei der Einspannung von Werkstücken mit konischen oder komplex geformten Außenkonturen bisher nur mit erheblichem Aufwand realisierbar. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spannvorrichtung bereitzustellen, die sich insbesondere zur Einspannung von konischen oder komplex geformten Werkstücken eignet und die immensen Anforderungen an die Genauigkeit der Einspannung, wie sie insbesondere im Umfeld der dimensionellen Messtechnik gefordert sind, erfüllt. Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Spannvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, die folgende Bauteile aufweist:- einen Grundkörper;- eine mit dem Grundkörper verbundene oder in diesem ausgebildete Werkzeugaufnahme, die ein Durchgangsloch zur Aufnahme d